专利名称：带电体感测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带电体感测系统，特别是指一种通过一检知器检知该滤波器的输 出讯号的变化来进行运算，得到该带电体感测单元内的阻抗值变化、该带电体的运动轨迹、 速度及该带电体的定位。
背景技术：
对于物体的近接感测与定位有许多方法，常见的有使用电容式感测、电磁式感测、 光学式感测与声学式感测等等方式。
许多电磁式感测是基于感应发生时，磁通量发生变化，而推论近接物体的距离变 化。
一种常见方式是使用两组感测板，其基本原理是靠电磁感应方式，一组为讯号发 射端，一组为讯号接收端，当两组感测板接近时，磁通量发生变化，通过运算而定义位置点。
另一种常见方式是将一个已调谐好的震荡电路上的线圈当作感应电极，当一个 金属物体靠近感应电极时，磁通量将发生变化，进而衰减震荡讯号的振幅，此变化可使用许 多方式监控。
现有的电磁式近接感测与定位的缺陷在于
1.无法感应人体近接。
2.在触控屏幕与电子绘图应用上，通常需要使用特殊电磁笔，通常会增加成本与 降低便利性。
许多电容式感测是基于电容的充放电特性，其依据充放电所需时间推算出电容 值,进而推论出近接物体的距离变化。
一种常见方式是将感测电极连接于一个RC电路上，此电路使用定电压或定电流 对电容进行充电或放电。当物体靠近电容感应电极，而产生感应电容变化时，此变化将改变 整个系统的时间常数与充电、放电时间。有许多方式可以量测出这个变化率，一般来说是通 过一个比较器与一个参考电位来确认此变化。
第二种常见方式是将感测电极连接于已调谐好的震荡电路上，当感应电极上感 应到电容变化时将轻微地改变此调谐电路的振荡频率，此变化可使用许多方式监控。
另一种常见方式是将感应电极上的电荷移转到参考电容上。此电路使用定电压 或定电流对感应电极与参考电容进行充电或放电。当物体近接感应电极而产生感应电容变 化时，此变化将造成参考电容上的电位变化。有许多方式可以量测出这个变化率，一般来说 是通过一个比较器与一个参考电位来确认此变化。
现有电容式近接感测与定位的缺陷在于
1.容易产生射频讯号或受射频讯号干扰。
2.容易受水气影响感应，在潮湿环境中容易误动作或是无法动作。
3.讯杂比(SNR)差、灵敏度低，无法监控大型物体上感应电容的微小变化，或是无 法在大型物体所产生的大量背景电容环境下，监控小电容变化。
4.设计成触控屏幕时易受感测电极本身的电阻影响。5.容易受漏电流影响。6.成本高。又请參阅图21所示，其为现有的电容感测电极在外围产生较大线性误差的示意图，如图21所示，该多个电容感测电极503是以每一电容感测电极503以相同大小及形状而排列组合的独立矩阵502，其缺陷在于若采用内插法来做绘图与定位应用时，其最外围的电容感测电极会有偏移线条500而产生较大的线性误差。图21所示的电容感测电极排列方式为独立矩阵502，在另ー种现有的行列交错式感测电极排列方式的应用时也会有相同的缺陷。有鉴于此，本发明人潜心研思、设计组制，期能提供一种带电体感测系统，能够通过该检知器检知该滤波器的输出讯号的变化来进行运算，得到该带电体感测单元内的阻抗值变化、该带电体的运动轨迹、该带电体的速度及该带电体的定位。
发明内容
本发明的主要目的在于，提出一种带电体感测系统，通过ー检知器检知该滤波器的输出讯号的变化进行运算，得到该带电体感测单元内的阻抗值变化、该带电体的运动轨迹、速度及该带电体的定位。为达上述目的，本发明提供一种带电体感测系统，其包括一讯号产生器，该讯号产生器产生至少ー激励讯号，而该激励讯号包括至少一周期性讯号，而该周期性讯号包括至少ー个循环；ー滤波器，该滤波器耦接该讯号产生器，而该滤波器接收该讯号产生器的至少ー激励讯号，又该滤波器包括至少ー调谐电路，该至少ー调谐电路包括至少ー带电体感测单元，而该至少ー带电体感测单元内具有至少ー带电体感测电极与至少ー阻抗元件；以及ー检知器，该检知器耦接该滤波器，该检知器对应检知该滤波器的至少ー带电体感测单元的输出讯号，又该至少ー带电体感测单元包括有至少ー带电体感测电极，于该带电体感测电极对应感测其表面及邻近区域的状态，当至少ー带电体近接或碰触该带电体感测电极时，则对应该滤波器的输出讯号会产生变化，该检知器检知该滤波器的输出讯号的变化进行运算，得到该带电体感测单元内的阻抗值变化、该带电体的运动轨迹、速度及该带电体的定位。为了能够更进一歩了解本发明的特征、特点和技术内容，请參阅以下有关本发明的详细说明与附图，只是所附图式仅提供參考与说明用，非用以限制本发明。
图1为本发明第一实施例的方块示意图；图2为本发明第一实施例使用带电体近接或碰触的方块示意图；图3为本发明第一实施例的滤波器的转移函数示意图；图4为本发明第一实施例的滤波器的转移函数示意图；图5为本发明第一实施例的滤波器有带电体近接或碰触对应的转移函数示意图；图6为本发明第一实施例的等效电路示意图；图7a为带电体感测电极与检知器输入电容所形成的并联等效电路示意图7b为图7a的并联等效电路不意图；图7c为图7a的串联等效电路示意图；图8a为带电体靠近带电体感测电极与检知器的输入电容所形成的等效电路示意图；图8b为图8a的等效电路不意图；图8c为图8a的并联等效电路不意图；图8d为图8a的串联等效电路不意图；
图9a为图6的等效电路不意图；图9b为图9a的电压函数V (f)波形示意图；图1Oa为图9a由带电体靠近带电体感测电极后的等效电路示意图；图1Ob为图1Oa中电压函数Vt (f)波形示意图；图1la为图9b在时域上的表现电压函数v(t)的示意图；图1lb为图1Ob在时域上的表现电压函数vT(t)的示意图；图12为当带电体由远而近靠近带电体感测电极示意图；图13为图9b及图1ObV (f0)与Vt (f0)电压变化示意图；图14为本发明第一实施例的滤波器内部元件方块示意图；图15为本发明第一实施例的带电体感测单元内部元件方块示意图；图16为本发明第二实施例的等效电路示意图；图17为本发明第三实施例的方块示意图；图18为本发明第三实施例由一多数带电体触碰该多数带电体感测电极的动作示意图；图19为本发明第三实施例在图18状况下的激励讯号与该输出讯号相对应的波形示意图；图20为本发明第四实施例的多数带电体感测电极排列于显示器的示意图；图21为现有的电容感测电极产生边界误差的示意图；图22为本发明第五实施例的方块示意图；图23为本发明第五实施例的带电体感测电极使用示意图。图中符号说明10讯号产生器101激励讯号102输出讯号103感应电容20滤波器200调谐电路21带电体感测单元211、212 带电体感测电极210阻抗元件201电容元件202电感元件
203多任务器204放大/缓冲器208微处理器单元209显示器22切换开关220滤波器的转移函数221激励讯号频率(1/T)23第一多任务器
·
231第一电容232第二电容233第三电容241第一带电体感测电极242第二带电体感测电极243第三带电体感测电极244第四带电体感测电极245第五带电体感测电极246第六带电体感测电极247第七带电体感测电极248第八带电体感测电极249第九带电体感测电极250第十带电体感测电极251第^^ 一带电体感测电极252第十二带电体感测电极253第十三带电体感测电极254第十四带电体感测电极255第十五带电体感测电极256第十六带电体感测电极30检知器40带电体300未有带电体近接或碰触的转移函数301未有带电体近接或碰触的输出讯号振幅峰值400有带电体近接或碰触的转移函数401有带电体近接或碰触的输出讯号振幅峰值500偏移线条501带电体感测电极阵列502独立矩阵503电容感测电极
具体实施方式
本发明是用来量测电阻值、电容值、电感值的方法，也适用于量测带电体近接或接触时引起的耦合电容变化、电磁场变化以及电阻值变化。这些变化使滤波器的转移函数(transfer function)产生变化,通过检知滤波器内单ー或多个电气參数变化,可以得到转移函数的变化，此变化可用来推导出待测电阻、待测电容与待测电感的元件值，更可用来推论是否有带电体近接，以及定位(估算出近接带电体的位置)。(第一实施例)请同时參阅图1 15所示，一种带电体感测系统，其包括一讯号产生器10，该讯号产生器10产生至少ー激励讯号101 ;—滤波器20，该滤波器20耦接该讯号产生器10，而该滤波器20接收该讯号产生器10的至少ー激励讯号101，又该滤波器20包括至少ー调谐电路200，该调谐电路200包括至少ー带电体感测单元21，而该带电体感测单元21内具有至少ー带电体感测电极211与至少ー阻抗元件210 ;以及ー检知器30，该检知器30耦接该滤波器20，该检知器30对应检知该滤波器20的至少ー带电体感测单元21的输出讯号，又该至少ー带电体感测单元21包括有至少ー带电体感测电极211,于该带电体感测电极211对应感测其表面及邻近区域的状态；当ー带电体40近接或碰触该带电体感测电极211时产生ー感应电容103，则对应该带电体感测单元21的输出讯号会产生变化，该检知器30检知该滤波器20的输出讯号的变化进行运算，得到该带电体感测单元21内的阻抗值变化、该带电体的运动轨迹、速度及该带电体的定位。又该检知器包含多个检知器，各该检知器可为ー电流振幅检知器、ー电压振幅检知器、一电流相位检知器或一电压相位检知器的其中任一者。其中，该讯号产生器10包含多个讯号产生器10，各该讯号产生器10将该至少ー激励讯号101传输至该滤波器20，而该讯号产生器10产生至少ー激励讯号101，而该激励讯号101包括至少一周期性讯号，而该周期性讯号包括至少ー个循环；又该讯号产生器10与该滤波器20的连接方式可通过广播、电磁耦合、电容耦合、光电耦合、声波耦合或直接电性连接方式的其中任一者。再者，该滤波器20包含多个滤波器20，各该滤波器20为ー主动滤波器或一被动滤波器的其中之一。又各该滤波器20可视为ー线性非时变系统，该滤波器包含至少ー带电体感测单元21，该带电体感测单元21令该滤波器的转移函数220内含至少一二次多项式因式。当该滤波器的转移函数220仅有ー个二次多项式因式，且该二次多项式因式位于分母时，该滤波器的转移函数示意图如图3所示；而当该滤波器的转移函数220仅有ー个二次多项式因式，且该二次多项式因式位于分子时，该滤波器的转移函数示意图如图4所示。请參阅图5所示，其为本发明第一实施例的滤波器有带电体近接或碰触对应的转移函数示意图，当一带电体40近接或碰触该带电体感测电极211吋，则对应该滤波器20的转移函数220会产生变化，故，由该滤波器20的转移函数220可分为该未有带电体近接或碰触的转移函数300及该有带电体近接或碰触的转移函数400。该激励讯号101包括至少一个已知周期时间(T)的循环，当激励讯号频率(1/T) 221維持不变，且当一带电体40近接或碰触该带电体感测电极211吋，则对应该滤波器20的输出讯号102的振幅峰值会产生变化，故，由该滤波器20的输出讯号102的振幅峰值可分为该未有带电体近接或碰触的振幅峰值301及该有带电体近接或碰触的振幅峰值401 (如图5所示)。请參阅图6所示,其为本发明第一实施例的等效电路示意图,如图6中所示，Ce与Re为带电体感测电极的等效电路，Ce为等效电容，Re为等效电阻，Ca为检知器的输入电容。由电感Ls、等效电容Ce、等效电阻Re与检知器的输入电容Ca共同组成ー个滤波器。有许多方法可以量测被动元件的值或是变化率。当激励讯号频率及电感与电阻值不变时，人体的近接将使感测电极上的电容值产生变化。通过检知器量测到的带电体感测电极的电压变化可推导出此电容值与变化率。图7a为带电体感测电极与检知器输入电容所形成的并联等效电路示意图；图7b为图7a的并联等效电路不意图；图7c为图7a的串联等效电路不意图。图8a为带电体靠近带电体感测电极与检知器的输入电容所形成的等效电路示意图。图Sb为图8a的等效电路示意图。随着手指头愈来愈靠近带电体感测电极，手指头与带电体感测电极之间产生的ー个等效电容值将愈来愈大，此等效电容与Ce所合并的等效电容为Cet。图8c为图8a的并联等效电路不意图，为等效电阻Reqtp与等效电容Ceqtp并联。图8d为图8a的串联等效电路不意图，为等效电阻Reqts与等效电容Ceqts串联。图9a为图6的等效电路不意图。此电路形成一个串联谐振电路。等效电感Ls、等效电容Ceqs与等效电阻Reqs形成ー个带通滤波器，其中讯号产生器产生ー个连续周期性讯号，或是ー个由多个周期组成的一串非连续讯号。这个讯号不限定波型，可由一个或多个不同频率的弦波合成。变更讯号内容以检测出滤波器的频率转移函数。在图9a中，检知器检知此带通滤波器之中，带电体感测电极上的电压值，此电压值为ー个频率相关函数V(f)。电压函数V(f)波形示意图如图9b所示。も为此带通滤波器的中心频率(共振频
率)。
权利要求
1.一种带电体感测系统，其特征在于，包括一讯号产生器，该讯号产生器产生至少一激励讯号，而该激励讯号包括至少一周期性讯号，而该周期性讯号包括至少一个循环；一滤波器，该滤波器耦接该讯号产生器，而该滤波器接收该讯号产生器的至少一激励讯号，又该滤波器包括至少一调谐电路，该至少一调谐电路包括至少一带电体感测单元，而该至少一带电体感测单元内具有至少一带电体感测电极与至少一阻抗元件；以及一检知器，该检知器耦接该滤波器，该检知器对应检知该滤波器的至少一带电体感测单元的输出讯号，又该至少一带电体感测单元包括有至少一带电体感测电极，于该带电体感测电极对应感测其表面及邻近区域的状态，当至少一带电体近接或碰触该带电体感测电极时，则对应该滤波器的输出讯号会产生变化，该检知器检知该滤波器的输出讯号的变化以得到该带电体感测单元内的阻抗值变化、该至少一带电体的运动轨迹、速度及该至少一带电体的定位。
2.如权利要求1所述的带电体感测系统，其中，该讯号产生器包含多个讯号产生器，各该讯号产生器将该至少一激励讯号传输至该滤波器，又该讯号产生器与该滤波器的连接方式可通过广播、电磁耦合、电容耦合、光电耦合、声波耦合或直接电性连接方式的其中任一者。
3.如权利要求1所述的带电体感测系统，其中，该滤波器包括至少一带电体感测单元， 该带电体感测单元令该滤波器的转移函数内含至少一个二次多项式因式。
4.如权利要求1所述的带电体感测系统，其中，该检知器包含多个检知器，各该检知器为一电流振幅检知器、一电压振幅检知器、一电流相位检知器或一电压相位检知器的其中任一者。
5.如权利要求1所述的带电体感测系统，其中，该滤波器进一步包括有一电容元件、 一电感元件、一多任务器及一放大/缓冲器，该电容元件连接该电感元件，该电容元件与电感元件之间连接该多任务器，通过该多任务器对应连接该多个带电体感测电极，又该电感元件连接该讯号产生器，该滤波器接收讯号产生器的激励讯号，而对应该放大/缓冲器产生输出讯号至该检知器，又该电感兀件为一被动兀件或一主动兀件模拟的模拟电感器。
6.如权利要求5所述的带电体感测系统，其中，该检知器进一步包括一模拟数字转换器，该模拟数字转换器进一步连接一微处理器单元，又该微处理器单元连接该讯号产生器及一显不器，其中该讯号产生器内包含一数字模拟转换器。
7.如权利要求5所述的带电体感测系统，其中，该多任务器进一步连接一切换开关，该切换开关连接一第一多任务器，该第一多任务器连接一第一电容、一第二电容及一第三电容。
8.如权利要求1所述的带电体感测系统，其中，该多个带电体感测电极的排列方式为平面阵列或立体阵列的其中任一者。
9.如权利要求1所述的带电体感测系统，其中，该多个带电体感测电极由多个不同大小或形状的带电体感测电极共同排列所组成。
10.如权利要求1所述的带电体感测系统,其中，该多个带电体感测电极进一步叠加于一显示器之上，而该多个带电体感测电极在该显示器上排列组成为一带电体感测电极阵列，该带电体感测电极阵列的外围区域具有多个带电体感测电极，而该带电体感测电极阵列内部区域具有多个带电体感测电极， 其中该外围区域的各该带电体感测电极的面积相对较小于该内部区域的各该带电体感测电极的面积。
全文摘要
本发明涉及一种带电体感测系统，其包括一讯号产生器，该讯号产生器产生至少一激励讯号；一滤波器，该滤波器耦接该讯号产生器，该滤波器接收该讯号产生器的激励讯号，又该滤波器包括至少一调谐电路，该调谐电路包括至少一带电体感测单元，而该带电体感测单元内具有至少一带电体感测电极与至少一阻抗元件；以及一检知器，该检知器耦接该滤波器，该检知器对应检知该滤波器的输出讯号。据此，当至少一带电体近接或碰触该带电体感测电极时，该滤波器的输出讯号会产生变化，通过该检知器检知该滤波器的输出讯号的变化来进行运算，得到该带电体感测单元内的阻抗值变化、该带电体的运动轨迹、速度及该带电体的定位。
文档编号G06F3/041GK103019432SQ20121035080
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月19日 优先权日2011年9月22日
发明者黄立新 申请人:黄立新